Гидравлический расчет сложного разветвленного трубопровода

РОССИЙСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ  и ГАЗА

им. И.М. Губкина

Факультет разработки нефтяных и газовых месторождений

Кафедра нефтегазовой и подземной  гидромеханики

 
 
 

Курсовая  работа

по курсу  «Гидравлика» 
 

«Гидравлический расчет сложного разветвленного трубопровода» 
 
 
 

К защите:

научный руководитель,

доцент    (подпись, дата)   Е.Г. Разбегина

студент группы   (подпись, дата)   Р.Я. Кодзоев

     РГ-09-5 
 
 

Защита:

Председатель  комиссии,  

проф.     (подпись, дата)   Н.М. Дмитриев

Член комиссии,    

доц.      (подпись)    Е.Г. Разбегина 

Оценка 
 
 

Москва

2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

   Трубопроводы  – это устройства, по которым  возможно транспортировать различные жидкости и газы на любые расстояния. На сегодняшний день трубопроводный транспорт является основным способом доставки нефти, нефтепродуктов и газа до потребителя, т.к. является экономически выгодным, бесперебойным с минимальными потерями.

   В настоящее время в нашей стране имеется большое число магистральных трубопроводов, значительная часть из которых работает уже около сорока лет и более. Поэтому каждый год стоит вопрос о строительстве новых и ремонте старых участков системы трубопроводного транспорта. Требуется более тщательный подход к методикам гидравлического расчета, основанные на анализе и обработке данных с помощью ЭВМ. Так же необходима разработка новых методик расчета сложных трубопроводов с учетом большого числа параметров, ранее не рассматриваемых, с целью экономии времени и материалов при сооружении и эксплуатации системы трубопроводного транспорта. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Теоретическая часть

   Запас механической энергии жидкости, которым  обладает каждая ее единица силы тяжести, называется напором Н. Из-за работы сил трения напор по ходу движения жидкости непрерывно уменьшается. Разность начального и конечного напоров между двумя какими-либо живыми сечениями потока называется потерями напора h_1-2. Эти потери напора представляют собой сумму потерь напора на трение по длине потока h_д и в местных сопротивлениях h_м.

      

   Потери  напора по длине для труб  постоянного диаметра определяются  по формуле Дарси-Вейсбаха:

                                     (1), где λ – коэффициент гидравлического сопротивления (гидравлического трения); - длина трубы; d – ее внутренний диаметр; - средняя скорость потока.

   В общем  случае λ является функцией числа  Рейнольдса (Re) и относительной шероховатости стенок трубы Δ/d. Здесь Δ – абсолютная эквивалентная шероховатость, т.е. такая высота равномерно-зернистой шероховатости, при которой в квадратичной зоне сопротивления потери напора равны потерям напора для данной естественной шероховатости трубы.

   В общем  виде . Численно λ определяется в зависимости от области сопротивления. При ламинарном режиме движения (Re<Re_кр), :

   

   В этом случае выражение (1) принимает вид  формулы Пуазейля:

     
 
 
 

   При турбулентном режиме движения (Re>Re_кр) различают три зоны сопротивления.

   1. Зона гидравлически  гладких труб (Re_кр<Re 10 ; )

    - формула Блазиуса, используемая при Re 10⁵;

    - формула Конакова, используемая  при Re 3*10⁶.

   2. Зона шероховатых  труб ( :

    - формула Альтшуля.

   3. Зона вполне шероховатых  труб или квадратичная  зона

    - формула Шифринсона.

      С небольшой погрешностью формула  Альтшуля может использоваться  как универсальная для всей  турбулентной области течения.

     При  решении некоторых типов задач  формулу Дарси-Вейсбаха удобно представить в виде:

   

   где S – площадь живого сечения трубы. 

       Местными сопротивлениями называются участки трубопровода, в которых происходит резкая деформация потока (к ним относятся, в частности, все виды арматуры трубопроводов – вентили, задвижки, тройники, колена и т.п.). Потери напора в местных сопротивлениях h_м определяются по формуле Вейсбаха:

    ,

   где - коэффициент местного сопротивления, зависящий от его геометрической формы, состояния внутренней поверхности и Re. 
 
 

  Сложными называются трубопроводы, состоящие из последовательно соединенных участков труб разного диаметра или имеющие ответвления.

  При последовательном соединении участков труб разного диаметра (рис.1а) полные потери напора h_пот равны сумме потерь напора на каждом из n участков трубопровода:

  h_пот=∑h_i      (1)

  а расход жидкости Q остается постоянным по всей его длине.

   Уравнение справедливо  и для трубопровода постоянного  диаметра, но с переменными по длине  расходом (рис.1б) 
 
 

  
 
 
 
 

Рис. 1 
 
 
 

Параллельное соединение труб. Схема сложного трубопровода, называемая параллельным соединением труб,

Q₁= Q₂+ Q₃+ Q₄.

                                                                    Рис. 2

  Составляя уравнение Бернулли для каждой из параллельных ветвей на рис.2, в соответствии с зависимостью для потерь, получаем:

     

  Решение системы уравнений для трубопровода с заданными размерами удобно получить, используя графический метод (рис.3)

рис. 3 

Расчет  разветвленных трубопроводов. В трубопроводах такого типа жидкость, поступающая к узловым точкам системы, распределяется по разветвлениям, имеющим различные напоры по концам (рис.5). Рассмотрим расчет такого типа трубопровода на простейшей схеме (рис. 4), состоящей из трех трубопроводов, соединяющихся в узловой точке О. Пусть в рассматриваемой схеме Н₁> Н₂> Н_3. 

рис.4 рис.5 

1. Если напор  H₀ в узле больше напора H₂ (H_о > Н₂), то движение жидкости будет направлено от узла 0 в трубопровод 2 (рис.7) и система уравнений для решения задачи имеет вид

 

 

 
 
 
 

2. Если H_о < H₂ то жидкость из трубы 2 подходит к узловой точке и система уравнений принимает вид (рис.6):

 

 
 
 

3. Если H_о = H₂, то расход Q₂= 0, a Q1 = Q₃ = Q и движения жидкости в трубопроводе 2 не будет.

Расчетная система  уравнений примет вид

 

 

  Если расходы  в трубах в поставленной задаче не известны, то значения коэффициентов сопротивлений труб заранее определить нельзя и аналитическое решение задачи можно проводить методом последовательных приближений. 

 
 
 
 
 

         рис.6         рис. 7

Содержание  работы

1. Теоретическая часть.

    Теоретические основы гидравлического расчета  сложных трубопроводов.

2. Расчетная  часть.

    Рассчитать  промысловую систему, указанную  на схеме, состоящую из трех разводящих линий L₁, d₁, L₂, d₂, L₃, d₃, нагнетательной линии насоса L₀, d₀. В конечных пунктах заданы давления p₁, p₂, p₃ и уровни жидкости в резервуарах z₁, z₂, z₃. Даны физические свойства жидкости n, r. Дано давление на выходе из насоса  p₀. Все трубы стальные бесшовные новые, расположены в одной горизонтальной плоскости.

1. Применяя графоаналитический метод, определить расходы в ветвях и расход в нагнетательной линии насоса.
2. Определить давление в узловой точке.
3. Определить расход в сборной трубе 4, если отключен насос.
4. Как изменятся полученные в пункте 1 параметры, если вязкость жидкости возрастет на 25%?

Схема гидравлической системы

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Исходные  данные